C 语言函数宏的几种封装方式
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1. 函数宏介绍
函数宏，即包含多条语句的宏定义，其通常为某一被频繁调用的功能的语句封装，且不想通过函数方式封装来降低额外的弹栈压栈开销。
函数宏本质上为宏，可以直接进行定义，例如：
#define INT_SWAP(a,b) \
int tmp = a; \
a = b; \
b = tmp
但上述的宏具有一个明显的缺点：当遇到
if
、
while
等语句且不使用花括号仅调用宏时，实际作用范围在宏的第一个分号后便结束。即
a = b
和
b = tmp
均不受控制语句所作用。
因此，在工程中，一般使用三种方式来对函数宏进行封装，分别为
{}
、
do{...}while(0)
和
({})
。下文将一一对三种方式进行分析，比较各自的优劣点。
2. {} 方式
INT_SWAP
宏使用
{}
封装后形态如下：
#define INT_SWAP(a,b)\
{ \
int tmp = a; \
a = b; \
b = tmp; \
}
此时，直接调用与在无花括号的控制语句（如
if
、
while
）中调用均能正常运行，例如：
#define INT_SWAP(a,b) \
{ \
int tmp = a; \
a = b; \
b = tmp; \
}
int main()
{
int var_a = 1;
int var_b = 2;
INT_SWAP(var_a, var_b);
printf("var_a = %d, var_b = %d\n", var_a, var_b); // var_a = 2, var_b = 1
if (1)
INT_SWAP(var_a, var_b);
printf("var_a = %d, var_b = %d\n", var_a, var_b); // var_a = 1, var_b = 2
}
但当无花括号的
if
语句存在其他分支（
else if
、
else
等）如：
if (1)
INT_SWAP(var_a, var_b);
else
printf("hello world!\n");
会发现编译出错：
...
/mnt/hgfs/share/pr_c/src/main.c: In function ‘main’:
/mnt/hgfs/share/pr_c/src/main.c:18:2: error: ‘else’ without a previous ‘if’
else
这是因为
INT_SWAP(var_a, var_b);
最后的
;
已经把
if
的作用域终结了，后续的
else
当然没有找到与之匹配的
if
了。
因此，解决方法有两种，分别为不使用
;
（port.1）或规定必须使用带花括号的
if
（port.2），例如：
/* port.1 */
if (1)
INT_SWAP(var_a, var_b)
else
{
printf("hello world!\n");
}
/* port.2 */
if (1)
{
INT_SWAP(var_a, var_b);
}
else
{
printf("hello world!\n");
}
可见，不使用
;
的调用方式无论从程序阅读还是使用方法方面都是十分别扭的；而规定必须使用带花括号的
if
的调用方式有违常理的，因为宏函数应该适用于任何语法。
优缺点总结：
if语句中直接调用；能够不带;直接调用。
3. do{...}while(0) 方式
INT_SWAP
宏使用
do{...}while(0)
封装后形态如下：
#define INT_SWAP(a,b) \
do{ \
int tmp = a; \
a = b; \
b = tmp; \
}while(0)
do{...}while(0)
表示只执行一遍
{}
内的语句，表象来说与
{}
的功能是一致的。不同的是，
do{...}while(0)
可以提前退出函数宏、整合为一条语句与强制调用时必须使用
;
。
由于
do{...}while(0)
实际为 while 循环，因此可以使用关键字
break
提前结束循环。利用该特性，可以为函数宏添加参数检测。例如：
#define INT_SWAP(a,b) \
do{ \
if (a < 0 || b < 0) \
break; \
int tmp = a; \
a = b; \
b = tmp; \
}while(0)
由于
do{...}while(0);
实际为一种语法，编译器会把
do{...}while(0);
认为为一条语句。因此，
do{...}while(0)
方式的函数宏可以在无花括号且有分支的
if
语句中直接调用。例如：
#define INT_SWAP(a,b) \
do{ \
if (a < 0 || b < 0) \
break; \
int tmp = a; \
a = b; \
b = tmp; \
}while(0)
int main()
{
int var_a = 1;
int var_b = 2;
if (1)
INT_SWAP(var_a, var_b);
else
printf("hello world!\n");
printf("var_a = %d, var_b = %d\n", var_a, var_b); // var_a = 2, var_b = 1
return 0;
}
C 语言规定，
do{...}while(0)
语法必须使用
;
作为语句结尾。因此不可能存在以下语句的程序出现：
if (1)
INT_SWAP(var_a, var_b)
else
{
printf("hello world!\n");
}
优缺点总结：
if语句中直接调用；支持提前退出函数宏；强制调用时必须使用;。
4. ({}) 方式
({})
为 GNU C 扩展的语法，非 C 语言的原生语法。
INT_SWAP
宏使用
({})
封装后形态如下：
#define INT_SWAP(a,b) \
({ \
int tmp = a; \
a = b; \
b = tmp; \
})
与
do{...}while(0)
相同，
({})
支持在无花括号且有分支的
if
语句中直接调用。例如：
#define INT_SWAP(a,b) \
({ \
int tmp = a; \
a = b; \
b = tmp; \
})
int main()
{
int var_a = 1;
int var_b = 2;
if (1)
INT_SWAP(var_a, var_b);
else
printf("hello world!\n");
printf("var_a = %d, var_b = %d\n", var_a, var_b); // var_a = 2, var_b = 1
return 0;
}
与
do{...}while(0)
不同的是，
({})
不能提前退出函数宏与支持返回值。
({})
毕竟不是 while 循环，不能直接使用
break
退出函数宏是比较容易理解。那支持返回值是什么意思呢？
答案是 C 语言规定
({})
中的最后一条语句的结果为该双括号体的返回值。例如：
int main()
{
int a = ({
10;
1000;
});
printf("a = %d\n", a); // a = 1000
}
因此，
({})
可以为函数宏提供返回值。例如：
#define INT_SWAP(a,b) \
({ \
int ret = 0; \
if (a < 0 || b < 0) \
{ \
ret = -1; \
} \
else \
{ \
int tmp = a; \
a = b; \
b = tmp; \
} \
ret; \
})
int main()
{
int var_a = 1;
int var_b = 2;
if (INT_SWAP(var_a, var_b) != -1)
printf("swap success !!\n"); // swap success !!
else
printf("swap fail !!\n");
printf("var_a = %d, var_b = %d\n", var_a, var_b); // var_a = 2, var_b = 1
return 0;
}
可见，此时的
INT_SWAP
宏已与函数十分接近。
优缺点总结：
if语句中直接调用；有返回值，支持作为表达式的右值。
5. 总结
综上，在
{}
、
do{...}while(0)
和
({})
这三种函数宏的封装方式之中，应尽可能不使用
{}
，考虑兼容性一般选择使用
do{...}while(0)
，当需要函数宏返回时可以考虑使用
({})
或直接定义函数。
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